Chọn Ống Phóng Điện Gas để Bảo vệ Quá Dòng

Nếu bạn đang đọc bài viết này trên máy tính để bàn, thì có lẽ bạn đã cắm vào một thiết bị chống sét (hoặc ít nhất bạn cũng nên làm vậy). Mặc dù các sự kiện sét đánh nghiêm trọng ở Bắc Mỹ và hầu hết các nước Châu Âu có thể hiếm gặp, chúng vẫn có thể tạo ra những cú sốc điện áp lớn đủ nặng để làm hỏng các thiết bị điện tử nhạy cảm.

Các phương pháp bảo vệ chống sét, chống dòng điện nhanh biến thiên (EFT), và chống phóng điện tĩnh (ESD) được phân biệt trong các tiêu chuẩn khác nhau và tất cả đều yêu cầu các mức bảo vệ chống quá điện áp khác nhau. Các tiêu chuẩn quản lý sản phẩm của bạn sẽ quy định mức độ giảm áp quá điện cần thiết, và bạn nên cố gắng cân nhắc giữa việc giảm áp quá điện cần thiết với chi phí, kích thước, và thời gian phản ứng khi chọn một thiết bị giảm áp điện áp tức thời (TVS).

Ống phóng điện khí là gì?

Nếu bạn đã quen với diode TVS hoặc thyristor, thì bạn đã có ý tưởng về mục đích của ống phóng điện khí. Một cách rất đơn giản, ống phóng điện khí được thiết kế để cung cấp bảo vệ TVS mà không cản trở hoạt động của mạch mà nó được bảo vệ. Các thiết bị khác nhau có các ứng dụng lý tưởng khác nhau trong hệ thống DC hoặc AC. Bạn cũng cần xác định dung lượng phù hợp cho ứng dụng của mình, điều này cũng phụ thuộc vào nguồn TVS bạn cần bảo vệ chống lại (tức là, sét, dòng sét chuyển mạch, ESD, hoặc sét đường dây điện).

So sánh Ống phóng điện khí với các thành phần TVS khác

Có thể nói rằng cách dễ nhất để triển khai bảo vệ TVS trong hệ thống DC là với một tụ điện bypass và cuộn cảm nối tiếp (tức là, tín hiệu tần số cao được bypass xuống đất và chặn khỏi tải). Điều này có thể ổn trong các hệ thống DC điện áp thấp tương đối cần bảo vệ chống lại các cú sốc nhỏ trong bus điện. Một mạch crowbar đơn giản cũng có thể cung cấp bảo vệ trong các hệ thống này với dòng rò rất thấp và kích thước rất nhỏ.

Một tụ điện shunt hoặc mạch RC nhanh chóng trở nên không đủ ở cấp độ PCB khi bạn cần bảo vệ chống lại điện áp rất cao (hơn vài chục V) vì điều này đòi hỏi các tụ điện với điện áp đánh thủng cực lớn. Khi điện áp đánh thủng có xu hướng tăng theo dung lượng, người ta có thể thấy rằng thời gian phản ứng (bằng với hằng số thời gian RC tương đương) sẽ trở nên quá lớn để kìm hãm một cú sốc điện áp tức thời trước khi quá điện áp tạo ra một dòng lớn trong hệ thống. Đây là nơi các phương pháp khác không dựa vào việc xả tụ điện trở thành lựa chọn tốt hơn.

Ống phóng điện khí, thyristor, và mạng lưới thyristor phù hợp hơn để giảm bớt các dòng sét lớn. Các thiết bị này đòi hỏi một loại công tắc, cho phép một dòng điện tức thời lớn chảy xuống đất qua một đường dẫn trở kháng rất thấp. Điều này cơ bản là chuyển dòng điện do quá điện áp tạo ra khỏi hệ thống của bạn. Thyristor có thể được tìm thấy trong các đơn vị xếp chồng trong hệ thống phân phối điện, hoặc chúng có thể được sử dụng trong một mạch crowbar được gọi là.

Ống phóng điện khí được cấu tạo và hoạt động đúng như tên gọi của nó. Thiết bị này là một ống nhỏ chứa hỗn hợp các khí cách điện. Khi một điện áp được áp dụng qua ống và vượt quá ngưỡng ion hóa của khí, khí sẽ tạo thành plasma và trở nên dẫn điện cao, cho phép dòng điện chuyển mạch tạm thời chảy về mặt đất. Điều này giải tán điện áp quá mức qua ống phóng điện khí, giảm thiểu điện áp quá mức mà hệ thống nhìn thấy. Vì ống phóng điện khí là cách điện, chúng không có dòng rò khi không được bật, trong khi diode TVS và thyristor có một số dòng rò.

Ống phóng điện Neon này hoạt động giống như những ống được sử dụng cho việc giảm áp điện áp tạm thời

Một số Lựa chọn cho Ống Phóng Điện Khí

Ống phóng điện khí có thể được tìm thấy trên các đường dây điện một chiều trong nhiều hệ thống nhờ vào dung lượng cực thấp của chúng, cung cấp thời gian phản hồi nhanh. Chúng cũng có thể được sử dụng trên các đường dây điện xoay chiều vì chúng có dòng rò nhỏ hơn nhiều so với các thành phần khác cho bảo vệ chống sự cố. Dung lượng cực thấp của ống phóng điện khí cho phép chúng được sử dụng trên các đường dây tần số cao, như trong thiết bị viễn thông.

Littelfuse SL1021A090R

The Littelfuse SL1021A090R là một ống phóng điện khí 3 điện cực với dung lượng cực thấp (dưới 1.5 pF). Các thành phần này lý tưởng cho bảo vệ chống sự cố trong hệ thống viễn thông và trong các hệ thống cần hành động chống sự cố đồng thời của hai đường tín hiệu. Điều này cung cấp phản hồi cực nhanh (dưới 1 micro giây) cho các xung với bảo vệ chống sự cố 10 kA tại điện áp phá vỡ 90 V. Cấu tạo của chúng được tối ưu hóa cho các ứng dụng băng thông rộng (ví dụ, radio-trên-đồng):

Sê-ri này cung cấp hình học nội bộ được tối ưu hóa giúp giảm tổn thất chèn ở tần số cao, lý tưởng cho việc bảo vệ băng thông rộng và các thiết bị truyền dẫn tốc độ cao khác. [Từ datasheet của SL1021A090R]

Ống phóng điện khí 3 điện cực Littelfuse SL1021A090R, từ datasheet của SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

The EPCOS B88069X8920B252 ống phóng điện khí 3 điện cực cung cấp mức bảo vệ tương tự như sản phẩm trước, nhưng nó hơi nặng hơn. Dung lượng của sản phẩm này dưới 0.8 pF, và nó cung cấp phản hồi xung cao hơn (lên đến 25 kA). Là một phần của cảnh quan viễn thông, các ống phóng điện khí này được sử dụng tốt nhất cho việc bảo vệ thiết bị quan trọng tại các trạm gốc và cho bảo vệ đường dây.

Ống phóng điện gas EPCOS B88069X8920B252

Bourns 2087-150-SM-RPLF

Ống phóng điện gas 2 điện cực Bourns 2087-150-SM-RPLF không bền bỉ bằng hai sản phẩm trước, mặc dù dung lượng thấp của nó (dưới 0.5 pF) cung cấp thời gian phản hồi nhanh hơn một chút. Mặc dù dòng điện phóng xung thấp hơn, nó vẫn lý tưởng cho các hệ thống viễn thông có nguy cơ cao gặp phải điện áp quá cao (từ 1.3 đến 2.8 kV, tùy thuộc vào số hiệu mẫu), cũng như trong các ứng dụng điện tử công nghiệp và tiêu dùng. Nó cũng có giá thấp hơn so với các sản phẩm được trình bày ở trên.

Ống phóng điện gas Bourns 2087-150-SM-RPLF, từ Digikey

Viễn thông, hàng không vũ trụ, và các ngành công nghiệp quan trọng khác chỉ dự kiến sẽ phát triển trong tương lai, và nhiều hệ thống trong số này sẽ cần một mức độ bảo vệ chống sự cố tăng áp. Cho dù bạn đang phát triển hệ thống sử dụng trong máy bay, hệ thống viễn thông, hay quân sự, bạn có thể tìm thấy các linh kiện bạn cần từ Octopart.

Đừng bỏ lỡ các bài viết như bài này! Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!